પરિસ્થિતિ-જળ વિજ્ઞાન (ઈકોહાઈડ્રોલૉજી)

પરિસ્થિત-જળ વિજ્ઞાન (ઈકોહાઈડ્રોલૉજી) (ગ્રીક οἶκος, ઓઇકોસ , "ગૃહ(તંત્ર)"; ὕδωρ, હાઈડોર , "જળ"; અને -λογία, -લૉજિયા પરથી) એ જળ અને પરિસ્થિતિ-તંત્ર વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓનું અભ્યાસ કરતું એક આંતરવિદ્યાશાખીય ક્ષેત્ર છે. આ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ નદી અને સરોવરો જેવાં જળાશયોની અંદર, અથવા જંગલો, રણ અને અન્ય જમીન પરના પરિસ્થિતિ-તંત્રોમાં થઈ શકે છે. પરિસ્થિતિ-જળ વિજ્ઞાન(ઈકોહાઈડ્રોલૉજી)માંનાં સંશોધન ક્ષેત્રોમાં બાષ્પોત્સર્જન અને વનસ્પતિનો પાણીનો ઉપયોગ, પોતાના જળ પર્યાવરણ સાથે જીવતંત્રોનું અનુકૂલન, પાણીના વહેળાના પ્રવાહ અને કામગીરી પર વનસ્પતિસૃષ્ટિનો પ્રભાવ, અને પારિસ્થિતિક પ્રક્રિયાઓ અને જળ-ચક્ર વચ્ચેના પ્રયોગોનાં પરિણામોની માહિતી જેવાં ક્ષેત્રોનો સમાવેશ થાય છે.

મુખ્ય સંકલ્પનાઓ

જળ ચક્ર પૃથ્વીની સપાટીની ઉપર તેમ જ નીચે રહેલા પાણીની સતત ગતિને વર્ણવે છે. અનેક બિંદુઓએ પરિસ્થિતિ તંત્રો આ વહેણમાં બદલાવ લાવે છે. વનસ્પતિઓમાંથી થતું બાષ્પોત્સર્જન એ વાતાવરણમાં પાણીના મોટા ભાગના હિસ્સાને પૂરો પાડે છે. પાણી જમીનની સપાટી પરથી વહેતું હોવાથી તે વનસ્પતિ આવરણથી અસર પામે છે, જ્યારે નદીના પ્રવાહો તેમાંની વનસ્પતિ સૃષ્ટિથી આકાર પણ પામી શકે છે.

ઈકોહાઇડ્રોલૉજિસ્ટો જમીન પરની અને જળમાંની એમ બંને પ્રણાલીઓનો અભ્યાસ કરે છે. જમીન પરના પરિસ્થિતિ તંત્રોમાં (જેમ કે જંગલો, રણ અને ઘાસનાં મેદાનો) વનસ્પતિ સૃષ્ટિ, જમીનની સપાટી, વાડોસે (અસંતૃપ્ત) ક્ષેત્ર, અને ભૂજળ વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ મુખ્ય કેન્દ્રમાં હોય છે. જલીય પરિસ્થિતિ તંત્રોમાં (જેમ કે નદીઓ, વહેળાઓ, સરોવરો અને આર્દ્રભૂમિઓ) પાણીનું રસાયણ, ભૂ-આકૃતિ વિજ્ઞાન, અને જળવિજ્ઞાન કઈ રીતે તેમની સંરચના અને કામગીરીને અસર કરે છે તેના પર મુખ્ય ભાર મૂકવામાં આવે છે.

સિદ્ધાંતો

પરિસ્થિતિ-જળ વિજ્ઞાનના સિદ્ધાન્તો ત્રણ અનુક્રમિક ઘટકોમાં અભિવ્યક્ત કરવામાં આવ્યા છેઃ

1. જળવિજ્ઞાન : એક તટપ્રદેશના જળ ચક્રમાં પાણી કેટલી માત્રામાં ત્યાં રોકાશે, તે જલીય અને જૈવિક પ્રક્રિયાઓના કાર્યાત્મક એકીકરણનો નમૂનો હોવું જોઈએ.
2. પરિસ્થિતિ-વિજ્ઞાન : નદીના તટપ્રદેશમાં એકીકૃત પ્રક્રિયાઓની માત્રાને એ રીતે વાળી શકાય કે જેથી તટપ્રદેશની પાણી ધરવાની ક્ષમતા અને તેની પરિસ્તિથિ-તંત્રની સેવાઓમાં વૃદ્ધિ થાય.
3. પારિસ્થિતિક ઈજનેરી : આમ એક સંકલિત પ્રણાલી અભિગમના આધારે જળ અને પારિસ્થિતિક પ્રક્રિયાઓનું નિયમન એ સમન્વિત જળ તટપ્રદેશ વ્યવસ્થાપન (ઈન્ટીગ્રેટેડ વૉટર બેસિન મૅનેજમેન્ટ) માટેનું એક નવું સાધન છે.

પરીક્ષણક્ષમ પૂર્વાનુમાન (ઝાલેવ્સ્કી et al., 1977) તરીકે તેમની અભિવ્યક્તિને આ રીતે જોઈ શકાયઃ

• એચ1 (H1): સામાન્ય રીતે જળ પ્રક્રિયાઓ બાયોટા(biota)નું નિયમન કરે છે
• એચ2 (H2): બોયોટા(biota)ને જળ પ્રક્રિયાઓનું નિયમન કરવાના એક સાધન તરીકે આકાર આપી શકાય.
• એચ3 (H3): નિરંતર જળ અને પરિસ્થિતિ-તંત્ર સેવાઓ મેળવવા આ બે પ્રકારનાં નિયમનો(H1 અને H2)ને, જળ-ટૅકનિકલ આંતરમાળખા સાથે સંકલિત કરી શકાય.

વનસ્પતિ સૃષ્ટિ અને જળ તણાવ

પરિસ્થિતિ-જળ વિજ્ઞાનમાં એક મૂળભૂત સંકલ્પના એ છે કે જળની પ્રાપ્યતા સાથે વનસ્પતિ શરીરક્રિયા વિજ્ઞાન સીધી રીતે જોડાયેલું છે. વર્ષાવનોની જેમ, જ્યાં વિપુલ માત્રામાં પાણી છે, ત્યાં વનસ્પતિની વૃદ્ધિ પોષકતત્ત્વોની પ્રાપ્યતા પર વધુ નિર્ભર રહે છે. જો કે, આફ્રિકી ઘાસનાં મેદાનો જેવા, અર્ધ-શુષ્ક વિસ્તારોમાં, વનસ્પતિઓ જમીનમાંથી જેટલું પાણી શોષે તેની સાથે વનસ્પતિનો પ્રકાર અને તેમનું વિતરણ સીધી રીતે સંકળાયેલાં હોય છે. જ્યારે ભૂમિજળની પ્રાપ્યતા અપૂરતી હોય, ત્યારે જળ-તણાવયુક્ત પરિસ્થિત સર્જાય છે. જળ તણાવ અનુભવતી વનસ્પતિઓમાં તેમના પર્ણરંધ્રો (સ્ટોમાટા) બંધ કરવા જેવા અનેક પ્રતિભાવો થકી તેમની બાષ્પોત્સર્જન અને પ્રકાશસંશ્લેષણ એમ બંને ક્રિયાઓમાં ઘટાડો કરે છે. આનાથી આકાશ(કૅનોપી) જળ પ્રવાહ અને કાર્બન ડાયોક્સાઈડ પ્રવાહમાં ઘટાડો થાય છે જે આસપાસની આબોહવા અને હવામાનમાં અસર કરે છે.

માટીના ભેજની ગતિશીલતા

માટીમાંનો ભેજ એ વાડોસે ક્ષેત્રમાં, અથવા જમીનની નીચેના માટીના અસંતૃપ્ત હિસ્સામાં મોજૂદ પાણીની માત્રાનું વર્ણન કરવા માટે વપરાતો સામાન્ય શબ્દ છે. કારણ કે વનસ્પતિઓ પોતાની અતિમહત્ત્વની જૈવિક ક્રિયાઓ માટે આ પાણી પર નિર્ભર હોય છે, એટલે માટીમાંનો ભેજ એ પરિસ્થિતિ-જળ વિજ્ઞાન(ઈકોહાઈડ્રોલૉજી)ના અભ્યાસનું પણ અભિન્ન અંગ છે. માટીમાંના ભેજને સામાન્ય રીતે પાણીનો જથ્થો, $\theta$, અથવા સંતૃપ્તિ, $S$ તરીકે વર્ણવવામાં આવે છે. આ પરિભાષાઓ છિદ્રાળુતા, $n$ સાથે સૂત્ર $\theta =nS$ થકી સંકળાયેલી છે. વખત સાથે માટીમાંના ભેજમાં આવતા બદલાવો, માટીમાંના ભેજની ગતિશીલતા તરીકે જાણીતા છે.

કાળ અને સ્થળ સંબંધિત વિચારણાઓ

પરિસ્થિતિ-જળ વિજ્ઞાન થિયરી કાળ (સમય) અને સ્થળ (જગ્યા) સંબંધિત વિચારણાઓ પર પણ ભાર મૂકે છે. જળવિજ્ઞાનમાં, એક પરિસ્થિતિ-તંત્ર સમય જતાં કેવી રીતે વિકસશે તેના માટે, ખાસ કરીને વરસાદ (ભેજપાત) પડવાના સમય જેવી ઘટનાઓ, નિર્ણાયક પરિબળ બની શકે છે. દાખલા તરીકે, ભૂમધ્ય સમુદ્રના ભૂભાગોમાં સૂકા ઉનાળા અને ભેજયુક્ત શિયાળાઓ અનુભવાય છે. જો ત્યાં વનસ્પતિ સૃષ્ટિની વૃદ્ધિની મોસમ ઉનાળો હોય, તો ભલે સમગ્ર વર્ષ દરમ્યાનનો કુલ વરસાદ મધ્યમ હોય તે છતાં તે મોટા ભાગે જળ તણાવ અનુભવે છે. આ પ્રદેશોમાંનાં પરિસ્થિતિ-તંત્રો લાક્ષણિક ઢબે શિયાળામાં, જ્યારે જળ પ્રાપ્યતા વધુ હોય છે, ત્યારે પાણીની વધુ માંગ ધરાવતા ઘાસ પેદા કરે છે, અને ઉનાળામાં, જ્યારે જળ પ્રાપ્યતા ઓછી હોય છે, ત્યારે અનાવૃષ્ટિ-અનુકૂલન ધરાવતાં વૃક્ષોને વિકસિત કરે છે.

પરિસ્થિતિ-જળ વિજ્ઞાન, વનસ્પતિઓના સ્થાનીય વિસ્તરણ પાછળનાં જળ સંબંધિત પરિબળોને પણ ધ્યાનમાં લે છે. વનસ્પતિઓ વચ્ચેની ઇષ્ટતમ ખાલી જગ્યા અને તેમનું અવકાશીય સંગઠન એ કમસે કમ આંશિક રીતે તો જળ પ્રાપ્યતા દ્વારા નિશ્ચિત થાય છે. સારુંએવું પાણીનું પ્રમાણ ધરાવતા વિસ્તારો કરતાં, માટીમાં ઓછો ભેજ ધરાવતાં પરિસ્થિતિ-તંત્રોમાં, લાક્ષણિક રીતે વૃક્ષો એકબીજાથી વધુ દૂર ઊગે છે.

મૂળભૂત સમીકરણો અને મૉડલો

જે-તે બિંદુએ જળ સંતુલન

પરિસ્થિતિ-જળ વિજ્ઞાનમાંનું પાયાનું સમીકરણ એ ભૂભાગમાં જે-તે બિંદુએ જળ સંતુલન છે. જળ સંતુલન હોવું એટલે માટીમાં દાખલ થતા પાણીની માત્રા એ માટીમાંથી દૂર થતા પાણીની માત્રા જેટલી તથા માટીમાં સચવાયેલા પાણીની માત્રામાં આવેલા ફેરફાર જેટલી જ હોવી જોઈએ. જળ સંતુલનના ચાર મુખ્ય ઘટકો છેઃ માટીમાં વરસાદ/ભેજપાતનું ક્રમિક પ્રસરણ, બાષ્પીભવન-બાષ્પોત્સર્જન, પાણીનું જ્યાં વનસ્પતિ પહોંચી શકે તેમ ન હોય તેવા માટીના વધુ ઊંડા હિસ્સાઓમાં ચૂઈ જવું, અને ભૂસપાટી પરથી પાણીનું વહી જવું. તેને નીચેના સમીકરણ દ્વારા વર્ણવવામાં આવે છેઃ

$nZ_{r}{\frac {ds(t)}{dt}}=R(t)-I(t)-Q[s(t),t]-E[s(t)]-L[s(t)]$

સમીકરણની ડાબી બાજુએ લખેલા શબ્દો મૂળિયાંઓના ક્ષેત્રમાં આવેલાં જળના કુલ પ્રમાણને વર્ણવે છે. વનસ્પતિ સૃષ્ટિને પ્રાપ્ય એવા આ પાણીનું કદ, માટીની છિદ્રાળુતા ($n$) ગુણ્યા તેની સંતૃપ્તિ ($s$) અને વનસ્પતિના મૂળિયાંઓના ઊંડાણ ($Z_{r}$) જેટલું હોય છે. તફાવત સમીકરણ $ds(t)/dt$ વખત સાથે જમીનની સંતૃપ્તિ કેવી રીતે બદલાય છે તે વર્ણવે છે. સમીકરણની જમણી તરફના શબ્દો વરસાદનું ($R$), પાણીનું જમીનમાં ઊતરવાનું ($I$), વહી જવાનું ($Q$), બાષ્પીભવન-બાષ્પોત્સર્જનનું ($E$), અને ઊંડે ઊતરી જવાનું ($L$) પ્રમાણ દર્શાવે છે. આ તમામને લાક્ષણિક ઢબે મિલિમીટર પ્રતિ દિવસ (mm/d) મુજબ આપવામાં આવે છે. પાણીનું વહી જવું, બાષ્પીભવન, અને વધુ ઊંડે ઊતરી જવું એ તમામ જે-તે સમયે જમીનની સંતૃપ્તિ પર અત્યંત આધારિત હોય છે.

આ સમીકરણને ઉકેલવા માટે, જમીનના એક કાર્ય તરીકે, બાષ્પીભવન-બાષ્પોત્સર્જનના દરને જાણવો જરૂરી બને છે. તેને વર્ણવવા માટે સામાન્ય રીતે વપરાતું મૉડલ કહે છે કે અમુક સંતૃપ્તિ પછી, બાષ્પીભવન માત્ર ઉપલબ્ધ સૂર્યપ્રકાશ જેવા આબોહવાનાં પરિબળો પર જ નિર્ભર રહેશે. આ બિંદુથી નીચે, માટીમાંનો ભેજ બાષ્પીભવન-બાષ્પોત્સર્જન પર નિયંત્રણ લાદે છે, અને વનસ્પતિ હવે બિલકુલ પાણી ન શોષી શકે તેવા બિંદુએ પહોંચી જાય ત્યાં સુધી બાષ્પોત્સર્જનને ઘટાડતો રહે છે. જમીનના આ સ્તરને સામાન્ય રીતે "કાયમી કરમાશ બિંદુ" કહેવામાં આવે છે. આ શબ્દપ્રયોગ ગૂંચવણમાં મૂકે છે કારણ કે વનસ્પતિની ઘણી જાતિઓ ખરેખર "કરમાતી" નથી.

સંદર્ભો

• García-Santos, G.; Bruijnzeel, L.A.; Dolman, A.J. (2009). "Modelling canopy conductance under wet and dry conditions in a subtropical cloud forest". Journal Agricultural and Forest Meteorology. 149 (10): 1565-1572. doi:10.1016/j.agrformet.2009.03.008.
• ગરજોનૅ રાષ્ટ્રીય ઉદ્યાન, લા ગોમેરા(કૅનેરી દ્વીપો, સ્પેન)માંના એક પર્વતીય વાદળવનમાં પરિસ્થિતિ-જળ વિજ્ઞાન. ગાર્સિયા-સાન્તોસ, જી. (2007), પીએચ.ડી. મહાનિબંધ, અમસ્ટરડૅમઃ યુવી(UV) યુનિવર્સિટી. http://dare.ubvu.vu.nl/handle/1871/12697
• "ગાઈડલાઈન્સ ફોર ધ ઈન્ટિગ્રેટેડ મૅનેજમેન્ટ ઑફ ધ વૉટરશેડ-ફાયટોટૅકનોલૉજી એન્ડ ઈકોહાઈડ્રોલૉજી", લે. ઝાલેવ્સ્કી, એમ. (2002) (આવૃત્તિ). સંયુક્ત રાષ્ટ્રસંઘ મીઠા પાણીનું વ્યવસ્થાપન પર્યાવરણ કાર્યક્રમ શૃંખલા નં. 5. 188 પૃ., ISBN 92-807-2059-7.
• "ઈકોહાઈડ્રોલૉજી. અ ન્યૂ પૅરાડાઈમ ફોર ધ સસ્ટેનેબલ યુઝ ઓફ એક્વૅટિક રિસોર્સિસ", લે. ઝાલેવ્સ્કી, એમ., જાનાયુઅર, જી. એ. અને જોલાન્કાઈ, જી. 1997. પરિસ્થિતિ-જળ વિજ્ઞાનમાં યુનેસ્કો (UNESCO) આઈએચપી(IHP) ટૅકનિકલ દસ્તાવેજ નં. 7.; આઈએચપી(IHP)-V પ્રોજેક્ટ્સ 2.3/2.4, યુનેસ્કો (UNESCO) પૅરિસ, 60 પૃ.
• પીટર એસ. ઈગલસન કૃત, ઈકોહાઈડ્રોલૉજીઃ ડાર્વેનિયન એક્સપ્રેશન ઓફ વેજીટેશન ફોર્મ એન્ડ ફંક્શન , 2002. [૧] સંગ્રહિત ૨૦૦૮-૧૦-૨૦ ના રોજ વેબેક મશિન
• ઈકોહાઈડ્રોલૉજી - વ્હાય હાઈડ્રોલૉજિસ્ટ્સ શુડ કેર , રાન્ડૅલ જે હંટ અને ડગલાસ એ વિલકોક્સ, 2003, ગ્રાઉન્ડ વૉટર (ભૂજળ), ખંડ 41, નં. 3, પૃ. 289.
• ઈકોહાઈડ્રોલૉજીઃ અ હાઈડ્રોલૉજિક પર્સ્પેક્ટિવ ઓફ ક્લાઈમેટ-સોઈલ-વેજિટેશન ડાયનેમિક્સ , ઈગ્નાસિઓ રોડ્રીગ્ઝ-ઈટુર્બે, 2000, વૉટર રિસોર્સિસ રિસર્ચ, ખંડ 36, નં. 1, પૃ. 3-9.
• ઈકોહાઈડ્રોલૉજી ઓફ વૉટર-કંટ્રોલ્ડ ઇકોસિસ્ટમ્સઃ સોઈલ મોઈશ્ચર એન્ડ પ્લાન્ટ ડાયનેમિક્સ , ઈગ્નાસિઓ રોડ્રીગ્ઝ-ઈટુર્બે, ઍમિલકેર પોર્પોરાતો, 2005. ISBN 0-521-81943-1
• ડ્રાયલૅન્ડ ઈકોહાઈડ્રોલૉજી , પાઓલો દ'ઓદોરિકો, ઍમિલકેર પોર્પોરાતો, 2006. ISBN 1-4020-4261-2 [૨]
• ઈકો-હાઈડ્રોલૉજી ડિફાઇન્ડ , વિલિયમ નુટ્ટલે, 2004. [૩] સંગ્રહિત ૨૦૦૫-૦૨-૦૯ ના રોજ વેબેક મશિન
• "એન ઈકોલૉજિસ્ટ્સ પર્સ્પેક્ટિવ ઓફ ઈકોહાઈડ્રોલૉજી", ડૅવિડ ડી. બ્રેશિઅર્સ, 2005, ધ ઇકોલૉજિકલ સોસાયટી ઓફ અમેરિકાની પત્રિકા 86: 296-300. [૪]
• ઈકોહાઈડ્રોલૉજી – વૈજ્ઞાનિક લેખો પ્રકાશિત કરતી આંતરરાષ્ટ્રીય જર્નલ. મુખ્ય તંત્રીઃ કેઈથ સ્મેટ્ટેમ, સહતંત્રીઓઃ ડૅવિડ ડી. બ્રેશિઅર્સ, હાન ડોલમૅન અને જેમ્સ માઈકલ વેડ્ડીંગ્ટન [૫]
• ઈકોહાઈડ્રોલૉજી એન્ડ હાઈડ્રોબાયોલૉજી – પરિસ્થિતિ-જળ વિજ્ઞાન અને જળમાંના પરિસ્થિતિ વિજ્ઞાન પરની આંતરરાષ્ટ્રીય વૈજ્ઞાનિક જર્નલ. (ISSN 1642-3593). તંત્રીઓઃ મૅસિએઝ ઝાલેવ્સ્કી, ડૅવિડ એમ. હાર્પર, રિચાર્ડ ડી. રોબાર્ટ્સ [૬] સંગ્રહિત ૨૦૦૮-૦૫-૦૬ ના રોજ વેબેક મશિન
• ગરજોનૅ રાષ્ટ્રીય ઉદ્યાન, લા ગોમેરા(કૅનેરી દ્વીપો, સ્પેન)માંના એક પર્વતીય વાદળવનમાં પરિસ્થિતિ-જળ વિજ્ઞાન. ગાર્સિયા-સાન્તોસ, જી., માર્ઝોલ, એમ. વી., અને ઍસ્ચેન, જી. (2004), હાઈડ્રોલ. અર્થ સિસ્ટ. સાય., 8, 1065-1075. http://www.hydrol-earth-syst-sci.net/8/1065/2004/hess-8-1065-2004.html